Une équipe de scientifique a mis au point une nouvelle diode supraconductrice, composant essentiel des dispositifs électroniques, qui pourrait contribuer à l’industrialisation des ordinateurs quantiques et améliorer les performances des systèmes d’intelligence artificielle.
Le dispositif des chercheurs de l’Université du Minnesota Twin Cities se distingue par son efficacité énergétique supérieure à celle des autres diodes supraconductrices ; sa capacité à traiter plusieurs signaux électriques simultanément ; et l’intégration inédite d’une série de portes pour réguler le flux d’énergie.
Une diode permet au courant de circuler dans un sens mais pas dans l’autre dans un circuit électrique. C’est en substance la moitié d’un transistor, l’élément principal des puces informatiques. Si les diodes sont généralement fabriquées à partir de semi-conducteurs, l’idée de les produire à partir de supraconducteurs – capables de transférer l’énergie sans aucune perte – suscite un intérêt croissant.
« Nous voulons rendre les ordinateurs plus puissants, mais nous allons bientôt atteindre certaines limites avec nos matériaux et nos méthodes de fabrication actuels, » a déclaré Vlad Pribiag, auteur principal de l’article et professeur associé à l’École de Physique et d’Astronomie de l’Université du Minnesota. « Nous avons besoin de nouvelles façons de développer des ordinateurs, et l’un des plus grands défis pour augmenter la puissance de calcul actuellement est qu’ils dissipent beaucoup d’énergie. C’est pourquoi nous pensons que les technologies supraconductrices pourraient nous aider. »
L’équipe de l’Université du Minnesota a créé le dispositif en utilisant trois jonctions Josephson, qui sont fabriquées en intercalant des morceaux de matériau non supraconducteur entre des supraconducteurs. Les chercheurs ont relié les supraconducteurs avec des couches de semi-conducteurs. Le design unique du dispositif permet aux chercheurs de contrôler son comportement grâce à la tension.
Ce dispositif a également la capacité de traiter plusieurs entrées de signaux, alors que les diodes typiques ne peuvent gérer qu’une seule entrée et une seule sortie. Cette caractéristique pourrait trouver des applications dans l’informatique neuromorphique, une méthode d’ingénierie des circuits électriques qui imite le fonctionnement des neurones dans le cerveau pour améliorer les performances des systèmes d’intelligence artificielle.
« Le dispositif que nous avons fabriqué présente une efficacité énergétique proche de la plus haute jamais démontrée, et pour la première fois, nous avons montré que l’on peut ajouter des portes et appliquer des champs électriques pour ajuster cet effet, » a expliqué Mohit Gupta, premier auteur de l’article et étudiant en doctorat à l’École de Physique et d’Astronomie de l’Université du Minnesota. « D’autres chercheurs ont fabriqué des dispositifs supraconducteurs auparavant, mais les matériaux qu’ils ont utilisés ont été très difficiles à fabriquer. Notre design utilise des matériaux plus adaptés à l’industrie et offre de nouvelles fonctionnalités. »
La méthode utilisée par les chercheurs peut, en principe, être utilisée avec n’importe quel type de supraconducteur, ce qui la rend plus polyvalente et facile à utiliser que d’autres techniques dans le domaine. De ce fait, leur dispositif est plus adapté aux applications industrielles et pourrait favoriser le développement à grande échelle des ordinateurs quantiques.
« Actuellement, tous les ordinateurs quantiques existants sont très basiques par rapport aux besoins des applications réelles, » a déclaré Pribiag. Il est nécessaire de passer à l’échelle pour avoir un ordinateur suffisamment puissant pour résoudre des problèmes utiles et complexes. Beaucoup de personnes étudient les algorithmes et les cas d’utilisation pour les ordinateurs ou les machines d’IA qui pourraient potentiellement surpasser les ordinateurs classiques. Ici, nous développons le matériel qui pourrait permettre aux ordinateurs quantiques d’implémenter ces algorithmes. Cela montre le rôle des universités pour semer ces idées qui finissent par atteindre l’industrie et sont intégrées dans des machines pratiques. »
L’article a été publié dans Nature Communications, une revue scientifique à comité de lecture couvrant les sciences naturelles et l’ingénierie.
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